Сделай Сам Свою Работу на 5

Номенклатура метрологических характеристик





Введение

Современная термодинамика определяет температуру как величину, выражающую состояние внутреннего движения равновесной макроскопической системы и определяемую внутренней энергией и внешними параметрами системы.
Непосредственно температуру измерить невозможно, можно лишь судить о ней по изменению внешних параметров, вызванному нарушением состояния равновесия благодаря теплообмену с другими телами.
Каждому методу определения температуры, в основе которого лежит зависимость между каким-либо внешним параметром системы и температурой, соответствует определенная последовательность значений параметра для каждого размера температуры, называемая температурной шкалой. Наиболее совершенной шкалой является термодинамическая температурная шкала (шкала Кельвина).
Исходным эталоном температуры является комплекс изготовленных в разных странах мира газовых термометров, по показаниям которых определяются численные значения реперных точек по отношению к точке кипения химически чистой воды при давлении 101325 Па, температура которой принята равной
100,00°С (373,15 К точно).
Весь температурный диапазон перекрывается семью шкалами, для воспроизведения которых в зависимости от области шкалы используются различные методы: от 1,5 до 4 К — измерение давления паров гелия-4, от 4,2 до 13,8 К — германиевые терморезисторы, от 13,8 до 273,16 К и от 273,16 до
903,89 К— платиновые терморезисторы от 903,89 до 1337,58 К — термопары платинородий — платина, от 1337,58 до 2800 К — температурные лампы и от
2800 до 100 000 К — спектральные методы.
Огромный диапазон существующих температур (теоретически максимально возможное значение температуры составляет 1012 К) обусловил большое разнообразие методов их измерения.
Термоэлектрический метод измерения температуры основан на использовании зависимости термоэлектродвижущей силы от температуры
Нас будут интересовать контактные методы и средства электроизмерения температур.



Тепловым называется преобразователь, принцип действия которого основан на тепловых процессах и естественной входной величиной которого является температура. К таким преобразователям относятся термопары и терморезисторы, металлические и полупроводниковые. Основным уравнением теплового преобразования является уравнение теплового баланса, физический смысл которого заключается в том, что все тепло, поступающее к преобразователю, идет на повышение его теплосодержания QТС и, следовательно, если теплосодержание преобразователя остается неизменным (не меняется температура и агрегатное состояние), то количество поступающего в единицу времени тепла равно количеству отдаваемого тепла. Тепло, поступающее к преобразователю, является суммой количества тепла Qэл, создаваемого в результате выделения в нем электрической мощности, и количества тепла Qто, поступающего в преобразователь или отдаваемого им в результате теплообмена с окружающей средой.
Явление термоэлектричества было открыто в 1823 г. Зеебеком и заключается в следующем. Если составить цепь из двух различных проводников (или полупроводников) А и В, соединив их между собой концами (рис. 1.), причем температуру 1 одного места соединения сделать отличной от температуры о другого, то в цепи появится э.д.с., называемая термоэлектродвижущей силой (термо-э.д.с.) и представляющая собой разность функций температур, мест соединения проводников.
Подобная цепь называется термоэлектрическим преобразователем или иначе термопарой; проводники, составляющие термопару, - термоэлектродами, а места их соединения - спаями.




разнородные проводники

А

В


Рис.1. Конструкция термопары

При небольшом перепаде температур между спаями термо-э.д.с. можно считать пропорциональной разности температур.



 

 

 

Метрологические характеристики средств измерений

Общие положения

Метрологические характеристики – это характеристики, влияющие на результат и погрешность измерений, они позволяют осуществить оптимальный выбор приборов и проводить их сравнения. Все метрологические характеристики можно разделить на пять групп:

1. Характеристики, влияющие на результат измерения (статическая характеристика (функция преобразования), чувствительность, цена деления, диапазон измерения);

2. Характеристики погрешностей средств измерений (погрешность гистерезиса, абсолютная, относительная, случайная, аддитивная, систематическая, мультипликативная, нелинейная, основная, динамическая погрешности, порог чувствительности);

3. Характеристики чувствительности к влияющим величинам (функция влияния, дополнительная погрешность);

4. Динамические характеристики (дифференциальные уравнения, частотные характеристики, переходная характеристика, передаточная функция, постоянная времени и другие);

5. Характеристики взаимодействия с подключаемыми устройствами (входной и выходной импеданс и другие).

Статическая характеристика – это зависимость выходного информативного сигнала от входного в статическом режиме.

Чувствительность характеризует степень влияния входной величины на выходную и представляет собой отношение изменения выходной величины y к входной x, вычисляется по [1] :

(1.1)

Порог чувствительности – это наименьшее, уверенно фиксированное, изменение выходной величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение.

Цена деления – величина между отметками шкалы, выбирается не произвольно, и позволяет ориентировочно оценить точность прибора.

Динамический диапазон измерений – это отношение максимального значения шкалы прибора к минимальному (не все приборы отмеряют от нуля).

Любое измерение, как бы оно тщательно не проводилось, неизбежно сопровождается ошибками (погрешностями), которые обусловлены не совершенством метода измерений, конструкционными особенностями прибора и другими причинами.

Различают погрешности результата измерений и погрешности средств измерений. Погрешность результата измерения – это разница между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины. Истинное значение измеряемой величины – это значение, идеальным образом отражающее свойство данного объекта, как в количественном, так и в качественном отношении. Понятие истинного значения абстрактно, на практике оно заменяется действительным значением (экспериментальное значение, близкое к истинному значению настолько, что может быть использовано вместо него). Погрешность средства измерения – это разность между показаниями средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины.

Эти два понятия достаточно близки, поэтому для их оценки используются одинаковые модели и очень часто они одинаково выражаются. По способу выражения погрешности делятся на абсолютные, относительные и приведенные погрешности.

Абсолютная погрешность – это разность между измеренным и истинным значением, вычисляется по [1]:

(1.2)

Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины, вычисляется по [1] формула (1.3):

(1.3)

Приведенная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к диапазону измерений, вычисляется по [1] :

(1.4)

где – максимальное значение шкалы прибора;

– минимальное значение шкалы прибора.

По характеру проявления погрешности делятся на случайные и систематические. Случайная погрешность – это погрешность, которая изменяется случайным образом, при проведении повторных наблюдений. Систематическая погрешность – это погрешность, которая остается постоянной или изменяется по известному закону при проведении повторных наблюдений.

По зависимости абсолютной погрешности от значений измеряемой величины различают мультипликативные (прямо пропорциональны измеряемой величине), аддитивные (не зависят от измеряемой величины), нелинейные (нелинейная зависимость от измеряемой величины).

По влиянию внешних условий различают основную и дополнительную погрешности средств измерения. Основная погрешность – это погрешность, которую имеет прибор при эксплуатации в нормальных условиях. Дополнительная погрешность – это погрешность, возникающая при отклонении хотя бы одной влияющей величины за пределы, установленные нормальными условиями.

В зависимости от влияния характера изменения измеряемых величин погрешности средств измерения делят на статические и динамические. Статическая погрешность – это погрешность средства измерения применяемого для измерения физической величины, принимаемой за постоянную. Динамической называется погрешность средства измерения, возникающая дополнительно при измерении переменной физической величины и обусловленная несоответствием его реакции на скорость изменения измеряемого сигнала.

Воздействие влияющих величин на метрологические характеристики средств измерения описывается функцией влияния – зависимостью изменения характеристик и параметров от изменения влияющей величины (совокупности величин).

Погрешность гистерезиса (обратного хода) – возникает из-за наличия люфтов в механических узлах и магнитных элементах. Погрешность гистерезиса является наиболее трудноустранимой, ее оценкой является вариация.

Вариация – это средняя разность между значением выходной величины соответствующей одному и тому же значению входной величины и полученная при многократном и разностороннем подходе к этой величине.

На метрологические характеристики должны быть установлены нормы, сведения о них указываются в нормативной документации на прибор (приложение к сертификату).

Первоначальные метрологические характеристики устанавливаются при разработке и испытании средств измерения. Они могут быть представлены или в виде номинальных функций преобразования (для статических характеристик, для функций влияния), или в виде пределов допустимых значений (для погрешностей и др.). Если норма на метрологические характеристики берется в виде номинальных функций преобразований, то эта функция задается в виде формулы, таблицы, графика, а если норма на метрологические характеристики берется в виде предела допустимых значений, то этот предел выбирается из ряда: , где .

Для приборов погрешность нормируется классом точности, под которым понимают совокупность не исключенных систематических и случайных погрешностей. Причем, если преобладающей является мультипликативная погрешность, то ее нормируют относительной погрешностью, если преобладает аддитивная погрешность, то она нормируется приведенной погрешностью. Класс точности ставиться на циферблате прибора (в первом случае значение класса точности указывается внутри круга, во втором – без круга). Погрешность прибора нормируется только для рабочей части шкалы.

Документально нормирование средств измерений оформлено в ГОСТ 8009-84.

При использовании средства измерения принципиально важно знать степень соответствия информации об измеряемой величине, содержащейся в выходном сигнале, ее истинному значению. С этой целью для каждого средства измерения вводятся и нормируются определенные метрологические характеристики. Любые патентные решения направлены на улучшение метрологических характеристик средства измерения. Расширение диапазона измерений и уменьшение погрешности прибора ведет к улучшению его качества, следовательно, расширяет его возможности в той сфере, где он используется.

 

Номенклатура метрологических характеристик

 

Согласно [1] номенклатура МХ представлена следующим образом:

1.2.1. Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки)

1.2.1.1. Функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой или со шкалой, отградуированной в единицах, отличных от единиц входной величины, f(x).

1.2.1.3. Цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры.

1.2.1.4. Вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде.

1.2.2. Характеристики погрешностей средств измерений

1.2.2.1. Характеристики систематической составляющей Ds погрешности средств измерений выбирают из числа следующих: значение систематической составляющей Ds или математическое ожидание М[Ds] и средне квадратическое отклонение s[Ds] систематической составляющей погрешности.

1.2.2.2. Характеристики случайной составляющей погрешности средств измерений выбирают из числа следующих:

среднее квадратическое отклонение s[ ] случайной составляющей погрешности, нормализованная автокорреляционная функция (T) или функция спектральной плотности (w) случайной составляющей погрешности.

1.2.2.3. Характеристика случайной составляющей H погрешности от гистерезиса - вариация Н выходного сигнала (показания) средства измерений.

1.2.2.5. В НТД(научно технической документации) на средства измерений конкретных видов или типов допускается нормировать функции или плотности распределения вероятностей систематической и случайной составляющих погрешности.

1.2.2.6. Характеристика погрешности средств измерений в интервале влияющей величины - такая же, как и по п. 1.2.2.4.

1.2.3. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам выбирают из числа следующих

1.2.3.1. Функции влияния y(x).

1.2.3.2. Изменения Î(x) значений MX средств измерений, вызванные изменениями влияющих величин x в установленных пределах.

1.2.4. Динамические характеристики средств измерений

1.2.4.1. Полная динамическая характеристика аналоговых средств измерений, которые можно рассматривать как линейные.

Полную динамическую характеристику выбирают из числа следующих:

· переходная характеристика h(t);

· импульсная переходная характеристика g(t);

· амплитудно-фазовая характеристика G(jw);

· амплитудно-частотная характеристика A(w) - для минимально-фазовых средств измерений;

· совокупность амплитудно-частотной и фазово-частотной характеристик;

· передаточная функция G(S).

1.2.4.2. Частные динамические характеристики аналоговых средств измерений, которые можно рассматривать как линейные.

К частным динамическим характеристикам относят любые функционалы или параметры полных динамических характеристик. Примерами таких характеристик являются:

· время реакции tr;

· коэффициент демпфирования gdam;

· постоянная времени Т;

· значение амплитудно-частотной характеристики на резонансной частоте A(w0);

· значение резонансной собственной круговой частоты w0.

1.2.4.3. Частные динамические характеристики аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и цифровых измерительных приборов (ЦИП), время реакции которых не превышает интервала времени между двумя измерениями, соответствующего максимальной частоте (скорости) fmax измерений, а также цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

Примерами частных динамических характеристик АЦП являются:

· время реакции tr;

· погрешность td датирования отсчета;

· максимальная частота (скорость) измерений fmax.

Примером частных динамических характеристик ЦАП является время реакции преобразователя tr.

1.2.4.4. Динамические характеристики аналого-цифровых средств измерений (в том числе измерительных каналов измерительных систем и измерительно-вычислительных комплексов, оканчивающихся АЦП), время реакции которых больше интервала времени между двумя измерениями, соответствующего максимально возможной для данного типа средств измерений частоте (скорости) fmax измерений:

· полные динамические характеристики (п. 2.4.1) эквивалентной аналоговой части аналого-цифровых средств измерений;

· погрешность датирования отсчета td;

· максимальная частота (скорость) измерений fmax.

1.2.4.5. В НТД на цифровые средства измерений конкретных видов или типов, наряду с установлением времени реакции или погрешности датирования отсчета, можно устанавливать их отдельные составляющие, такие как время задержки запуска, время ожидания, время преобразования, время задержки выдачи результата и т.д.

1.2.4.6. Для АЦП и ЦАП динамические характеристики следует указывать с учетом времени выполнения служебных операций, предусмотренных интерфейсом, в котором выполнены устройства обмена информацией этих средств измерений.

1.2.5. Характеристики средств измерений, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую погрешности измерений вследствие взаимодействия средств измерений с любым из подключенных к их входу или выходу компонентов (таких как объект измерений, средство измерений и т.п.).

Примерами характеристик этой группы являются входной и выходной импедансы линейного измерительного преобразователя.

1.2.6. Неинформативные параметры выходного сигнала средства измерений.

 

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.